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  近期，南方科技大學力學與航空航天工程系楊燦輝團隊與深港微電子學院王敏團隊合作于《先進材料》（Advanced Materials）期刊上發表題為“Micro-structured polyelectrolyte elastomer-based ionotronic sensors with high sensitivities and excellent stability for artificial skins”的論文，報道了基于聚電解質彈性體的離電式壓力傳感器。該研究通過軟光刻倒模的方法在聚電解質彈性體上成功加工微金字塔陣列，并將其成功組裝成壓力傳感器。該傳感器具有高靈敏度和優異的穩定性，在人機交互、軟體機器人、電子皮膚等領域具有重要的應用價值。

  隨著人工觸覺和人造皮膚領域的發展，對于柔性壓力傳感器的性能要求（如靈敏度、穩定性等）日益提高。其中，離電式傳感器（Ionotronic sensor or iontronic sensor）受到廣泛的關注，因其具有非常高的靈敏度。離電式傳感器的高靈敏度是由電子導體/離子導體界面上的雙電層電容（EDL）帶來的。然而，現有的離電式傳感器具有易揮發、泄漏的液體成分，導致其穩定性差。同時，對于易泄露的離子液體，其對于人體健康有潛在的隱患，這對離電式傳感器在可穿戴器件上的應用受到了極大的限制。因此，設計兼具高靈敏度、高穩定性的無液體成分的離電式傳感器對于人造皮膚以及可穿戴器件的相關應用至關重要。

圖1 離電式傳感器的原理、材料以及制備工藝。

圖2 聚電解質彈性體的力學、電學性能及其優化。

圖3 離電式傳感器的性能。

圖4 離電式傳感器在可穿戴鍵盤的應用。

  研究人員展示了離電式傳感器在可穿戴鍵盤上的應用。如圖4，離電式電容傳感器的電容值被電容-數字轉換電路（CDC）轉化成數字量，由單片機（MCU）讀取并處理后模擬鍵盤行為輸出到PC終端并顯示（圖4a）。這個系統可以通過電容值識別輕重按壓，以及通過按壓時間識別長按短按（圖4b-c）。該可穿戴鍵盤可以用于控制Live2D卡通人物的動作以及表情（圖4d）。同時，通過合理的編碼（圖4e-f），離電式傳感器可以實現可穿戴的打字功能。這樣的可穿戴鍵盤有機會可以給聾啞患者應用于日常交流。

圖5 離電式傳感器在控制機械手的應用

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310429